DE4209179C1

DE4209179C1 -

Info

Publication number: DE4209179C1
Application number: DE4209179A
Authority: DE
Inventors: Heinz 3017 Pattensen De Klein; Hans-Joachim Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Gohlisch
Original assignee: PAUL TROESTER MASCHINENFABRIK 3000 HANNOVER DE
Current assignee: PAUL TROESTER MASCHINENFABRIK 3000 HANNOVER DE
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1992-03-20
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2012-03-21
Also published as: EP0564820B1; DE59300550D1; EP0564820A1; ES2079909T3; JPH0615718A

Description

Die Erfindung betrifft einen Stiftzylinderextruder, bestehend aus einem Zylinder und einer in diesem ro tierbar gelagerten Schnecke mit einem das Extrudat för dernden Gewinde, in welches in Radialebenen Nuten ein geschnitten sind, in welche im oder am Zylinder befe stigte, in den Zylinder radial hineinragende Stifte eingreifen.

Stiftzylinderextruder sind seit etwa zwei Jahrzehnten im Einsatz. Ein Beispiel für diese Extruder ist in der DE-OS 22 35 784 gezeigt. Bei Stiftzylinderextrudern sind die Schneckenstege an den Stellen durch eine Nut unterbrochen, an denen die Stifte radial sich durch den Zylinder erstrecken und in den Innenraum des Zylinders hineinragen. Stiftzylinderextruder brachten seinerzeit einen erheblichen Fortschritt bei der Arbeit des Aufschließens und des Plastifizierens von Kautschukmischungen und Kunststoffen. Doch konnten sie das Problem, schwer aufschließbare oder plastifizierbare gröbere Materialbrocken rasch zu zerkleinern und dadurch den Aufschließ- bzw. Plastifiziervorgang zu beschleunigen, nicht lösen. Diese groben Materialbrocken hingegen bereiteten den Stiftzylinderextrudern immer Schwierigkeiten, weil durch deren Anwesenheit in den Schnecken gängen erhebliche Biegekräfte auf die Stifte ausge übt wurden, welche bis zum Stiftbruch führen konnten.

Daher fing man an den Aufschluß und die Plastifizierung dieser Materialbrocken mit anderen Mitteln heran: Durch die DE-PS 9 10 218 war es durch eine besondere Gestal tung der Schnecke bei einem stiftlosen Extruder möglich geworden, grobe Materialbrocken bis zu ihrem vollstän digen Aufschluß im mittleren Bereich des Extruderzylin ders so lange zurückzuhalten, bis auch sie vollständig aufgeschlossen und plastifiziert waren. Das gelang durch einen zweigängigen mittleren Teil der Extruder schnecke. Der eine Gang, in den alles aus dem Einzugs bereich ankommende Material einfloß, verengte sich von einem Maximalwert auf Null, während der parallele zwei te Gang sich von Null auf einen Maximalwert erweiterte. Getrennt waren die beiden Gänge durch einen wulstförmi gen Schneckensteg, über den alles Material auf dem Weg vom Einzug zum Ausstoß herübertreten mußte. Durch die Wulstform entstand ein sich keilförmig verengender Spalt, in welchem grobe Materialbrocken zerquetscht und zerrieben wurden. Diese Schnecke zeigt eine hervorra gende Aufschluß- und Plastifizierwirkung, ihre Ausstoß leistung läßt jedoch zu wünschen übrig, weil der Strom des plastifizierten Materials durch unplastifiziertes Material gehemmt wird.

Ähnlich wirken kurze Scherteile, wie sie beispielsweise durch die FR-PS 15 56 877 bekannt geworden sind, die aber leichter in der Fertigung herstellbar sind.

Eine Verbesserung der Ausstoßleistung bei gleichzeiti ger Verbesserung der Aufschluß- und Plastifizierwirkung wurde durch eine aus der US-PS 30 06 029 bekannt gewor denen Schnecke erzielt, in deren Windungen ein weiteres Gewinde höherer Gangzahl und größerer Steigung einge schnitten war. Durch die Gewindenuten dieses zusätzlich eingeschnittenen Gewindes konnten die aufgeschlossenen und hinreichend plastifizierten Teile des Extrudats schneller von einer Schneckenwindung zur nächsten und somit schneller zum Ausstoßbereich gelangen. In den Windungen des Hauptganges hingegen verblieben die un aufgeschlossenen Materialbrocken, die somit über einen längeren Weg zur Ausstoßzone geführt wurden und auf diesem längeren Weg länger der Plastifizierwirkung der Schnecke ausgesetzt waren, die noch dadurch erhöht wurde, daß die groben Materialbrocken an den Gewinde flanken durch die scharfen Kanten des übergeschnittenen weiteren Gewindes verstärkt abgearbeitet wurden. Aber auch hier laufen schwer aufschließbare grobe Material brocken bis in die Ausgangszone der Schnecke, weil nie mand und nichts sie aufhält.

Alle diese beschriebenen Ausführungen von Extrudern werden nebeneinander seit zwei und drei Jahrzehnten be nutzt. Sie alle haben ihre bestimmten Vorteile, aber auch ihre gravierenden Nachteile, weil es nicht gelingt, ohne Verminderung der Ausstoßleistung schwer aufschließbare Materialanteile schnell und auf kurzer Schneckenlänge aufzuschließen und zu plastifizieren und so zu gut homogenisierten Extrudaten zu gelangen.

Zu den Versuchen des Standes der Technik, durch Kombination von bekannten Maßnahmen die Homogenisier-, Plastifizier- und Aufschließwirkung zu erhöhen, gehört auch die DE 30 03 615 C2. Hier sind vor den Stiftebenen Schneckenabschnitte mit einer vergrößerten Gangzahl an geordnet. Grobe Materialbrocken bleiben hier vor den in der Gangzahl vergrößerten Schneckenabschnitten hängen und vermindern dadurch die Durchtrittsmöglichkeiten für plastifiziertes Material. Das führt zu einer Verminderung der Ausstoßleistung und zu erheblichen Temperaturerhöhungen im Bereich vor den vielgängigen Schneckenabschnitten, bringt aber den für die meisten Hersteller und Anwender uninteressanten Vorteil mit sich, daß die Stifte nur wenig beansprucht werden und daher auch Stifte verwendet werden können, die unter normalen Bedingungen bruchgefährdet wären.

Ein weiterer Versuch in dieser Richtung ist durch die DE 40 39 942 C1 bekannt geworden: Hinter den mit Stiften versehenen Schneckenabschnitt wird ein als Transfermix in der Fachwelt für hervorragende Homogenisier-, Plastifizier- und Aufschlußwirkungen bekannt gewordener Schneckenabschnitt geschaltet, so daß sich erwartungsgemäß die Homogenisier-, Plastifi zier- und Aufschließeigenschaften der beiden bekann ten Schneckenabschnitte addieren. Der Nachteil eines Transfermix-Schneckenabschnittes liegt in seiner schwierigen und aufwendigen Herstellung nicht nur an der Schnecke selbst, sondern auch im entsprechenden Zylinderabschnitt. Dieser Nachteil wird hier bewußt bei der Hintereinanderschaltung der zwei bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Homogenisier-, Plasti fizier- und Aufschließeigenschaften in Kauf genommen, weil es eben keine anderen Möglichkeiten gibt, um die gesetzten Ziele zu erreichen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfa che Möglichkeit zu schaffen, um ohne Verschlechterung der Ausstoßleistung grobe Materialanteile auf kurzem Wege aufzuschließen und zu plastifizieren und so auf kurzem Wege zu hervorragend homogenisierten Extrudaten zu gelangen.

Die Erfindung greift hierzu auf zwei bekannte Arten der Plastifizierung zurück und vereinigt diese in einer Weise, daß auf kurzer Schneckenlänge ohne Behinderung des Abflusses plastifizierter Materialteile schwer auf schließbare und plastifizierbare Teile auf kurzer Schneckenlänge aufgeschlossen und plastifiziert werden.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Stiftzylin derextruder der eingangs genannten Art beidseits minde stens einer Stiftebene in das Gewinde der Schnecke ein weiteres Gewinde höherer Gangzahl und größerer Stei gung, aber niedrigerer Gangtiefe und vorzugsweise auch niedrigerer Gangbreite eingeschnitten ist.

Durch diese Kombination wird überraschenderweise er reicht, daß die Plastifizierwirkung stark erhöht wird, ohne daß die Ausstoßleistung gemindert wird. Der Ex truder kann somit kürzer gebaut werden und im ganzen auch kleiner dimensioniert werden. Trotzdem ist die Homogenisierung hervorragend gut.

Dieses Verhalten des Extruders dürfte darauf zurückzu führen sein, daß die in die für die Stifte vorgesehene Nut der Schnecke eintretenden groben Materialteile an einer Weiterbewegung durch die Stifte gehindert werden. Da die bereits plastifizierten und aufgeschlossenen Ma terialanteile durch die Gewindegänge größerer Steigung schnell in die Ausstoßzone fließen können, sammeln sich die groben unaufgeschlossenen Teile in der Stiftnut, werden von den Stiften zurückgehalten, ohne daß der Fluß plastifizierten Materials gehindert wird, und werden durch die Flanken der Gewindestege am Ort der Stiftnut mechanisch durch Zerspanung abgearbeitet und in viele kleinere, leichter aufschließbare Teile zer teilt.

Auf diese Weise werden auch in Extrudern kurzer Bau länge nie gekannte Ergebnisse des Aufschließens, Plastifizierens und Homogenisierens erreicht.

Zweckmäßig ist es, wenn vor den Stiftebenen das Schnecken gewinde gute Förder- und Druckaufbaueigenschaften aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß das gesamte eingezogene zu plastifizierende Material einer ersten Bearbeitung unterworfen wird und in dieser Stufe bereits einem Plastifizierungs- und Homogenisierungsvorgang ausgesetzt wird, unter Druck gesetzt wird und teilweise plastifiziert und teilweise unplastifiziert die erfindungsgemäße Arbeitszone erreicht, wo dann die plastifizierten Teile rasch abgeführt und die noch nicht plastifizierten Teile einer besonders intensiven Bearbeitung ausgesetzt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Eintauchtiefe der Stifte in Förderrichtung vorzugsweise abschnittsweise in aufeinanderfolgenden Stiftebenen zunimmt. Hierdurch wird erreicht, daß die groben unaufgeschlossenen An teile nach und nach in verschiedenen Stiftebenen abge baut werden. Hierdurch wird ein Materialstau vermieden und es werden die gefürchteten Temperaturüberhöhungen an Orten vermieden, wo sich sonst grobe unaufge schlossene Anteile stauen.

Das Wesen der Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei spielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den Extruder,

Fig. 2 eine Ansicht (vergrößert gegenüber Fig. 1) des wesentlichen Teiles der Schnecke.

Der Extruder der Fig. 1 weist einen Zylinder 1 auf, welcher an den Antrieb 2 angeflanscht ist, eine im Zy linder 1 drehbar gelagerte Schnecke 3 sowie einen Spritzkopf 4. Im Zylinder 1 sind radial in den Innenraum des Zylinders 1 radial eintauchende Stifte 5 befestigt, welche auf verschiedene Eintauchtiefen einstellbar sein können. Am Ort der Stifte 5 weist die Schnecke 3 in ihren Schneckenwindungen 6, 7 Nuten 8 auf, in welche die Stifte 5 eingreifen.

Die Schnecke 3 weist mehrere Zonen auf: Eine Einzugs zone 9, eine Förderzone 10, die Plastifizierzone 11 und eine Ausstoßzone 12. In der Plastifizierzone 11 sind die Stifte 5 angeordnet. Zu beiden Seiten der die Stif te 5 aufnehmenden Nuten 8 ist über die Schneckenwindung 6 ein weiteres Schneckengewinde 7 höherer Gangzahl und größerer Steigung, aber niedrigerer Gangtiefe und vor zugsweise auch niedrigerer Gangbreite eingeschnitten. Diese Schneckenwindungen 7 sitzen wie Zähne auf den Schneckenwindungen 6.

Gute Ergebnisse lassen sich insbesondere dann erzielen, wenn sich eingangsseitig die Fördernut zwischen zwei Schneckenwindungen 6 bis zur Stiftnut 8 ohne Querschnittsverengung fortsetzt, obwohl bereits vor der Stiftnut 8 zusätzliche Gewinde niedrigerer Tiefe in die Rücken der Schneckenwindungen 6 eingeschnitten sind. Hinter der Stiftnut können dann die tiefgeschnittenen Nuten zwischen den Schneckenwindungen 6 ruhig schmaler geschnitten sein, so daß die unaufgeschlossenen Brocken, die eingangsseitig in den tiefgeschnittenen Gängen vor geschoben werden konnten, nun in die schmaler geschnittenen Gänge hinter der Stiftnut 8 nur eintreten können, wenn die Flanken der Windungen Material von den Brocken abgeschabt und abgeschnitten haben. Dieses kann bei jeder Stiftnut 8 wiederholt werden. - Die Stifte 5 sind axial und radial in Löchern der Zylinderbuchse 13 geführt, im Bereich des Zylinders 1 von einem Luftspalt umgeben und gegen radiale Verschiebung durch Schrauben 14 gesichert.

Liste der Bezugszeichen

1 Zylinder
2 Antrieb
3 Schnecke
4 Spritzkopf
5 Stifte
6 Schneckenwindung, Gewinde
7 Schneckenwindung, Gewinde
8 Nuten, Stiftnuten
9 Einzugszone
10 Förderzone
11 Plastifizierzone
12 Ausstoßzone
13 Zylinderbuchse
14 Schraube

Claims

1. Stiftzylinderextruder, bestehend aus einem Zylinder und einer in diesem rotierbar gelagerten Schnecke mit einem das Extru dat fördernden Gewinde, in welches in Radialebenen Nuten eingeschnitten sind, in welche im oder am Zylinder befestigte, in den Zylinder radial hineinragende Stifte eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zu einer Seite mindestens einer Stiftnut (8) in das Gewinde (6) der Schnecke (3) ein weiteres Gewinde (7) höherer Gangzahl und grö ßerer Steigung, aber niedrigerer Gangtiefe einge schnitten ist.

2. Stiftzylinderextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Gangbreite des zusätzlichen Schnecken gewindes (7) niedriger als die Gangbreite zwi schen den Windungen des Schneckengewindes (6) ist.

3. Stiftzylinderextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Plastifizierzone (11) mit den Stiften (5) und dem doppelt geschnittenen Schneckengewinde (6, 7) eine Förderzone (10) angeordnet ist.

4. Stiftzylinderextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Stifte in Förderrichtung vorzugsweise abschnittsweise in aufeinanderfolgen den Stiftebenen zunimmt.

5. Stiftzylinderextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eingangsseitig die tiefgeschnittenen Gänge zwischen den Schneckenwindungen (6) sich bis zur Stiftnut (8) ohne Querschnitts- oder Breiten verminderung fortsetzen, wobei vorzugsweise diese Schneckenwindungen (6) mit zusätzlichen weniger tief geschnittenen Gängen zwischen Teilen der Schneckenwindungen (7) versehen sind.

6. Stiftzylinderextruder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig die tiefgeschnittenen Gänge schmaler sind